Pesquisadores desenvolveram biomaterial à base de polímero capaz de se deformar com variações de temperatura. A combinação de estímulos térmicos e mecânicos levou à diferenciação de células-tronco mesenquimais em células ósseas. O biomaterial desenvolvido pode auxiliar na engenharia do tecido periosteal e na regeneração de ossos em casos de lesões graves.
As células-tronco são capazes de detectar e processar sinais vindos do ambiente e se diferenciar em uma linhagem de células específica através de cascatas de sinalização. Já vimos aqui no blog que estímulos mecânicos, por exemplo, podem controlar as funções destas células, como sua proliferação e diferenciação. Estímulos de natureza térmica ou bioquímica também afetam o comportamento das células-tronco, no entanto, estes estímulos normalmente são dissociados e aplicados de forma independente.
Cientistas alemães sob a liderança do Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), instituto de pesquisas em biomateriais e terapias regenerativas, desenvolveram uma “folha” polimérica que funciona como um atuador programável para sincronizar sinais térmicos e mecânicos aplicados a células-tronco mesenquimais (CTMs). Esta folha funciona como um biomaterial inteligente, com memória de forma, e foi desenvolvida pelos pesquisadores à base de um polímero chamado policaprolactona (PCL), que se deforma em temperaturas que variam de 10 a 37 ºC.
A folha polimérica desenvolvida pelos pesquisadores age como um “músculo artificial”. Ela possui uma propriedade incomum, pois é treinada para se transformar reversivelmente quando exposta a mudanças repetidas de temperatura. Os pesquisadores simplesmente moldaram uma grade na parte inferior da folha e a programaram para esticar à medida que a temperatura passava da temperatura corporal (37 ° C) para 10 ° C e contrair quando reaquecida. Eles então semearam a folha com células-tronco mesenquimais e monitoraram cuidadosamente a alteração nas dimensões da folha e das células conforme a grade. Com a ajuda desse músculo artificial, os cientistas foram capazes usar um sinal físico – a mudança de temperatura – para enviar simultaneamente um sinal mecânico às células-tronco. Com esses estímulos sincronizados, foi possível direcionar as células-tronco a se transformarem em células ósseas. Segundo o professor Andreas Lendlein, líder da pesquisa e chefe do Instituto de Ciência de Biomateriais da HZG em Teltow – Alemanha, as mudanças de temperatura combinadas com o movimento de alongamento repetido do filme foram suficientes para estimular a diferenciação em células de osso.
O grupo de pesquisadores vislumbra o impacto tecnológico deste biomaterial na engenharia do tecido periosteal, para tratamento de lesões ósseas. O periósteo é uma membrana que envolve a maioria dos ossos e é fundamental na cura de uma fratura óssea, fornecendo compostos celulares e biológicos essenciais para sua regeneração. O professor Lendlein afirma que as folhas de polímero programadas poderiam, por exemplo, ser eventualmente usadas para tratar ossos com fraturas tão severas que o corpo não pode repará-las por si só. Células-tronco da medula óssea de um paciente podem ser cultivadas na folha polimérica e o biomaterial pode ser usado para envolver o osso lesionado. Assim, as células previamente “treinadas” poderiam fortalecer diretamente os ossos. Ainda, segundo o professor, dado o recente relatório da New Scientist sobre uma cirurgia bem-sucedida a 10 ° C realizada na Faculdade de Medicina da Universidade de Maryland, esses implantes médicos podem se tornar mais uma ferramenta no kit de ferramentas de um cirurgião.
Referências
Zijun, D. et al. Polymeric sheet actuators with programmable bioinstructivity. PNAS (2019).
https://medicalxpress.com/news/2020-01-artificial-muscle-sheets-stem-cells.html
